Геоэкология СТРОЕНИЕ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЫ Введение Подземные воды

Геоэкология СТРОЕНИЕ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЫ

Введение Подземные воды представляют собой водный объект, являясь частью единой гидросферы Земли. Необходимость изучения и использования процессов водообмена между подземной частью гидросферы и ее поверхностной частью, а также атмосферой планеты определяет тесную связь гидрогеологии с метеорологией, гидрологией суши, океанологией и другими науками этого цикла. Подземные воды во всех случаях без исключения представляют собой не просто совокупность молекул воды, а сложные природные системы, содержащие в растворенном, коллоидном, свободном состоянии различные минеральные вещества, органические соединения и газы.

Краткий очерк истории развития гидрогеологии Первая известная работа, в которой рассматривается роль воды на планете, принадлежит философу Фалесу Милетскому (около VI в. До н. э. ). Подземная вода образуется за счет морской воды, которая под действием ветра нагнетается в земные недра и в результате давления горных пород выходит на поверхность земли, образуя родники. Древнегреческий философ Платон (427– 347 гг. до н. э. ) также считал, что происхождение подземных вод связано с фильтрацией морской воды в берега. Однако Р. Де Уист со ссылкой на П. Д. Крайнана приводит сведения о том, что Платон в своем философском труде достаточно описал круговорот воды в природе.

Зона аэрации Понятие «зоны аэрации» было введено американским гидрогеологом О. Мейнцером (1933 г. ) и представляет собой верхнюю не полностью насыщенную (ненасыщенную) водой часть разреза горных пород, мощность которой изменяется от первых сантиметров (метров) на равнинных участках территории до 200 -250 м и более на интенсивно расчлененных междуречных пространствах горных районов. Верхней границей зоны аэрации является поверхность земли, нижней – уровень подземных вод первого водоносного горизонта. По М. П. Толстому определение зоны аэрации можно сформулировать так – это поверхностный пояс в разрезе земной коры, находящий на стыке атмо -, гидро- и литосфер, лежащий выше постоянного уровня подземных вод. Схема залегания типов подземных вод зоны аэрации: 1 – породы зоны аэрации, 2 – грунтового водоносного горизонта, 3 – слабопроницаемые породы, 4 – почвенный слой, 5 – уровень грунтовых вод и капиллярная кайма, 6 – верховодка

Криолитозона Территория, на которой распространены многолетнемерзлые породы, называется криолитозона ( от греч. «криос» − холод, «литос» − камень, порода). Криолитозона состоит из мерзлых, морозных и охлажденных пород. 1) мерзлые породы содержат в своем составе лед, 2) морозные − породы с t < 0 ºС, в которых отсутствуют лед и вода ( это чаще магматические и метаморфические породы и их разновидности), 3) охлажденные породы имеют t ниже 0 ºС и насыщены солеными водами. Данная зона выделяется как самостоятельный элемент подземной гидросферы в области распространения многолетнемерзлых пород (высокие широты Северного и Южного полушария, высокогорные районы). В зависимости от строения гидрогеологического разреза земной коры она обычно охватывает часть зоны аэрации и верхнюю часть зоны полного насыщения

Схема залегания различных по отношению к многолетнемерзлым породам типов подземных вод А – надмерзлотные воды сезонноталого слоя; Б – воды сквозного дождевально-радиационного талика; В – надмерзлотные воды подозерного несквозного талика; Г – воды сквозного подруслового талика; Е – межмерзлотные воды; Ж – подмерзлотные воды неконтактирующие безнапорные; З – подмерзлотные воды неконтактирующие напорные; И – подмерзлотные воды контактирующие напорные; К – надмерзлотные воды несквозного дождевальнорадиационного талика; 1 – изверженные трещиноватые породы; 2 – щебень и дресва; 3 – суглинки; 4 – пески, галечники; 5 – многолетнемерзлые породы и их граница; 6 – обводненность пород состояния (а), периодическая (б); 7 – направление движения подземных вод; 8 – подошва сезонно-талого слоя (б) и сезонно-мерзлого слоя (а); 9 – скважины, стрелкой показана глубина появления и установившийся уровень подземных вод

Зона полного насыщения. Зона подземных вод в надкритическом состоянии. • • • Эта зона охватывает верхнюю часть разреза земной коры от уровня первого водоносного горизонта (нижняя граница зоны аэрации) до глубин 8 -20 км, на которых по существующим представлениям температура и давление водных растворов достигают критических значений. В пределах зоны полного насыщения (в соответствии с ее названием) свободное пространство в минеральном скелете горных пород (поры, трещины, крупные пустоты) полностью заполнено свободной гравитационной водой и водой, физически связанной с поверхностью минеральных частиц горной породы, за исключением участков, свободное пространство которых заполнено газом, жидкими углеводородами или пароводяной смесью [1, 3, 4]. Материалы Кольской сверхглубокой скважины свидетельствуют о том, что на глубинах до 12 км существуют условия, характерные для зоны полного насыщения. В то же время в связи с наличием представлений о надкритическом состоянии воды в магматических расплавах можно предполагать, что в областях современного вулканизма нижняя граница зоны полного насыщения может располагаться на значительно меньших глубинах Водой в надкритическом состоянии называются подземные воды с температурой и давлением выше критических. Для чистой воды критическая температура равна 374°С, давление − 2, 2∙ 10 4 к. Па. При снижении давления «надкритическая» вода переходит в «нормальную» жидкость и пар (пароводяную смесь), что по существующим представлениям сопровождается увеличением ее объема в 1, 5− 2, 0 раза По существующим представлениям вода в надкритическом состоянии представляет собой газово-жидкий раствор (флюид), образование которого связано с кристаллизацией магм и с процессами термо- и динамометаморфизма.

Принципиальный гидрогеологический разрез земной коры: 1 – осадочные породы земной коры; 2 – гранитный и базальтовый слой земной коры; 3 – верхняя мантия; 4 – зоны глубоких тектонических разломов; 5 – зона аэрации (вне масштаба); 6 – криолитозона; 7 – зона полного насыщения; 8 – зона подземных вод в надкритическом состоянии; 9 – нижняя граница зоны аэрации; 10 – подошва осадочных пород; 11 – нижняя граница зоны полного насыщения; 12 – граница Мохоровичича; 13 – направления движения «местных» потоков подземных вод; 14 – региональных потоков; 15 – глубинных субвертикальных потоков; 16 – возможное поступление ювенильных растворов; 17 – инфильтрационное питание; 18 – испарение грунтовых вод; 19 – захоронение морской воды с осадками и отжатие поровых вод

Типы подземных вод • • В настоящее время выделяют по происхождению следующие типы подземных вод: 1) инфильтрационные, образующиеся от просачивания в породы атмосферных и поверхностных вод; 2) конденсационные, возникшие при конденсации водяных паров атмосферного и почвенного воздуха; 3) седиментационно-диагенетические морские воды, оставшиеся в морских иловых осадках и проникшие в толщи пород, как во время стадии диагенеза, так и позднее (Н. И. Андрусов, В. И. Вернадский, Г. Н. Каменский); 4) магматические (эндогенные) воды (Э. Зюсс) Нередко в природе подземные воды образуются смешанным путем, что подтверждается химическим и газовым составом вод, их режимом и данными пьезометрических напоров. Воды смешанного происхождения – самые распространенные. В настоящее время большинство исследователей полагают, что выделение вод и газов из верхней мантии происходило в процессе разогревания Земли на ранних стадиях ее формирования. Это и дало начало зарождению гидросферы и атмосферы.

Заключение • • • В результате предпринятого исследования нами были сделаны следующие выводы: 1. Подземная гидросфера состоит из 4 поясов. Зона аэрации − поверхностный пояс, лежащий выше постоянного уровня подземных вод − зоны полного насыщения. Криолитозона − территория, на которой распространены многолетнемерзлые породы. Подземные воды в надкритическом состоянии испытывают высокое давление и температуру. Образование вод данного вида связано с кристаллизацией магм и процессами метаморфизма. 2. По происхождению выделяют 4 типа подземных вод. Главным источником питания гидрогеосферы являются инфильтрационные воды. Конденсационные воды обусловливают процессы рассоления и засоления почв. Рассольные и соленые воды, в свою очередь, взаимодействуют с морскими водами в зонах затрудненного водообмена. Магматические воды распространены лишь в районах вулканической активности.